JP2003238666A - メタフェニレンとオルトフェニレンの共重合体化合物 - Google Patents

メタフェニレンとオルトフェニレンの共重合体化合物

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Abstract

(57)【要約】 【目的】 成形性、蛍光特性、耐熱性などを改善した実
質的に置換基を有しないメタフェニレンとオルトフェニ
レン共縮合体の提供 【構成】 実質的に置換基を有しないメタフェニレン基
とオルトフェニレン基から成る高分子化合物であって、
メタフェニレン基の割合が90〜20%の間にある共縮
合体高分子化合物。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、有機溶媒に可溶で
耐熱性、発光性を有し、光・電子機能を有する実質的に
非置換のメタフェニレン基と非置換のオルトフェニレン
から成る高分子化合物、並びに再重合法により該高分子
化合物を製造する方法に関する。
【0002】
【従来技術】近年はπ共役高分子の応用の一つとして、
有機ELの発光材料として研究がされている。ディスプ
レイのフルカラー化には2つの手法が考えられる。赤
色、緑色、青色の発光を示す材料を揃える方法(1)
と、青色、あるいは紫外領域の発光から波長変換フィル
ターを用いて三色を作り出す方法(2)である。いずれ
にしても青色発光材料の開発は非常に重要である。青色
発光のπ共役高分子としては、ポリフェニレンビニレン
等〔文献1;Y.Ohmori etal.,Jpn
J.Appl.Phys.,30,L1941 (1991)〕が有
力であるが、広いバンドギャップを有する高分子ほど青
色発光となることが知られている。一般的に、π共役高
分子では共役が広がるほど、蛍光やELなどの発光は長
波長側にシフトするため、このままではπ共役高分子を
青色発光材料として用いるのに工夫が必要である。主鎖
骨格の有効共役長を短くする、すなわち「共役を切断す
る」ことが重要となる。
【0003】最近の当研究室の研究でパラフェニレンと
メタフェニレンの共重合体は、ある割合において無置換
の状態で溶解性が得られることがわかっている〔文献
2;T.Yamamoto et al.,Chem. Lett.,721(2000)〕。ま
た、メタフェニレンユニットを主鎖中に入れることで共
役が切断される。これは、青色有機ELデバイスへの応
用を考えた場合、非常に好ましいことである。また、無
置換ベンゼンであるため、コスト面でも非常に優秀な材
料となることが期待できる。前記文献では、様々な割合
の無置換ポリフェニレンを合成し、その物性の比較検討
を行ている。この割合の制御のため、合成法としては反
応部位の制御に優れるグリニャール反応を用いた重合法
を採用している。
【0004】目的とするポリマーの合成法として、グリ
ニャール反応を用いた重合法を用いた。共重合体を得る
ために二種類のジブロモベンゼンの合計モル数に対して
1.1当量のマグネシウムを用いてグリニャール化し、
これをNiCl2(bpy)(bpy=2,2'-bipyridin
e)を触媒として重合を行った(反応式1−2)。反応終
了後、不純物を除くために希塩酸、蒸留水、メタノール
で洗浄を行い、減圧乾燥し目的物を得た。
【0005】
【化1】
【0006】得られたポリマーのパラフェニレンとメタ
フェニレンの共重合体の溶解性について、溶媒としては
DMF(N,N−ジメチルフォルムアミド)を用いて検
討したところ、メタフェニレンユニットが多いほど溶解
性が良かった。また、溶解性と関連してメタフェニレン
ユニットの割合が多いほど高分子量のものが得られた。
【0007】前記で得られたパラフェニレンとメタフェ
ニレンの共重合体について、共重合体の組成と赤外吸収
スペクトル、波数810cm-1(ポリパラフェニレンの
吸収)と880-1(ポリメタフェニレンの吸収)との吸
収強度比、フイルムの紫外光(UV)−可視光吸収特
性、蛍光スペクトル(励起波長と発光波長との関係)と
共重合体組成との関連などが検討され、溶液から成形が
可能であり、蛍光電極(エレクトロクロミック)の形
成、炭化フイルム状材料の形成素材として、また、青色
発光蛍光材料として、期待されることを提案してきた。
しかしながら、メタフェニレンとオルトフェニレンの共
重合体については全く検討されていない。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、前記
検討がなされていなかったメタフェニレンとオルトフェ
ニレンの共重合体を合成し、該共重合体の特性を検討
し、有用な特性を見出し、該特性を持つ材料の利用を開
発することである。前記目的を達成すべく、本発明者
は、メタフェニレンとオルトフェニレンとを種々の割合
で共重合させた高分子化合物を合成し、また、該高分子
を更に高分子化する方法と、それによって得られたより
高分子化された材料を含めて、その特性を検討し、特定
の組成の共重合体が、溶剤に対する溶解性が良く、高分
子化合物としての耐熱性などの安定性を有し、紫外―可
視光吸収特性、蛍光特性などにおいて、前記本発明者が
開発した、メタフェニレンとオルトフェニレン共縮合体
に優れた特性を持つことを発見し、前記課題を解決する
ことができた。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明の第1は、実質的
に非置換のメタフェニレン基と非置換のオルトフェニレ
ンから成る高分子化合物であって、メタフェニレン基の
割合が20〜90%の間にある有機溶媒に可溶な高分子
化合物である。好ましくは、メタフェニレン基の割合が
50〜90%の間にあることを特徴とする前記有機溶媒
に可溶な高分子化合物であり、より好ましくは、数平均
分子量が200〜100000の間にあることを特徴と
する前記各高分子化合物であり、更に数平均分子量が5
00〜10000の間にあることを特徴とする前記高分
子化合物である。
【0010】
【本発明の実施の態様】本発明を詳細に説明する。 A.本発明の高分子化合物の合成 本発明の高分子化合物は、前記ポリパラフェニレン−メ
タフェニレン共重合体の合成方法を応用することによ
り、1,3−置換ベンゼンと1,2−置換ベンゼンを原
料として共縮合することにより得ることができる。具体
的には、例えば、触媒の存在下に下記反応式により得ら
れる。
【0011】
【化2】
【0012】B.溶媒に対する、溶解特性を、種々の溶
媒と種々の組成の共縮合体に対して調べたところ、トル
エン、DMFやクロロホルム等の有機溶媒への溶解性が
高いことが分かった。また、本発明の高分子化合物の多
くは有機溶剤に可溶であるので、従来の高分子溶液を用
いる成型方法、例えばキャスト法、また溶液を非溶媒か
ら成る、いわゆる凝固浴中に押し出すことによってフイ
ルムなど種々の成形物を製造する方法に用いることがで
きる。
【0013】C.本発明の高分子化合物の分子量につい
ては特に制限はないが、高分子材料としての強度を得る
ためには数平均分子量が500以上であることが望まし
い。 D.本発明の高分子化合物は、電荷移動錯体を構成する
電子供与体としての導電性有機高分子としての特性を持
つポリパラフェニレンと同様に、電荷移動錯体を形成す
るポリマーとして有用であり、種々の電子受容体、例え
ばテトラシアノキノジメタン、テトラシアノエチレン、
ヨウ素などと組み合わせて、有機半導体、有機電荷移送
材料などをうる材料として利用できる。
【0014】E.また、本発明の高分子化合物は、紫外
線の照射によりソフト紫外線〜短波長の可視光(ブルー
領域)に蛍光特性を観察することができ、先の、パラフ
ェニレンとメタフェニレン共縮合体にと同様に蛍光材料
としての有用性を持つ。
【0015】F.物性の測定機器の説明; 1、赤外吸収スペクトル;赤外吸収スペクトルは日本分
光製FT/IR−460を用い、KBrディスク法によ
り測定した。 2、ゲルパーミネーションクロマトグラフィー(GP
C);GPCの測定は東ソー株式会社のHLC−812
0GPCを、検出器としてUV−8020を付属させて
用いた。展開溶媒にはDMFを用いた。また、分子量は
ポリスチレンを標準物質として用いて算出した。 3、紫外可視吸収スペクトル;紫外可視吸収スペクトル
の測定は島津製作所製UV−3100PC型分光光度計
を用いた。溶液状態での測定は調製した溶液サンプルを
1 cm × 1 cmの角型石英セル中で行った。フィルム状態
における測定は石英板上にクロロホルムからキャストし
たフィルムを用いて行った。 4、蛍光スペクトル;蛍光スペクトルは日立製作所製分
光蛍光光度計F4010型を用いて行った。光電子倍増
管には浜松ホトニクス製F924型を用いた。溶液状態
での測定は、1cm×1cmの角型4面石英セル中にお
いて行った。フィルム状態における測定は、クロロホル
ム溶液から石英板上にキャストしたフィルムを用いて行
った。 5、熱重量分析;熱重量分析は島津製作所製熱重量分析
装置TGA−50型および同社製温度アナライザーTA
−50WS型を用いて測定した。測定は白金パン上に試
料を5〜7mg秤量し、窒素雰囲気下で室温から毎分1
0℃の速度で900℃まで昇温し、その間の重量変化を
プロットすることにより行った。 6、粉末X線回折 粉末X線回折の測定は、Rigaku X−ray Di
ffractometerにより行い、試料は粉末状態
のまま行った。
【0016】
【実施例】以下、実施例により本発明を具体的に説明す
るが、この例示により本発明が限定的に解釈されるもの
ではない。
【0017】実施例1〜8、参考例1、2 窒素雰囲下、シュレンク管にマグネシウム(0.67 g、2
7.5 mmol)と蒸留THF(テトラヒドロフラン)15mL
をとり、そこに表に示すジブロモベンゼンの合計(5.9
g、25 mmol )と蒸留THFを滴下した。滴下終了後、2
時間室温で攪拌した後、NiCl2(bpy)(25 mg)
(bpy=2,2'-bipyridine)を加え、24時間還流を
行った。室温まで冷却した後、希塩酸を少量加え、これ
をメタノール100 mlに注いだ。この生成物をろ別
し、希塩酸で一回、蒸留水で二回、メタノールで二回洗
浄した後、真空乾燥することで目的物を得た。表1に得
られた高分子の元素分析値を、高分子の収率および組成
と共に示す。MPは合成に用いたメタジブロモベンゼ
ン、OPはオルトジブロモベンゼンを示す。
【0018】
【表1】
【0019】DMFに対する溶解性、得られた高分子の
数平均分子量(Mn)、重量平均分子量(Mw)、Mn
/Mw比およびGPCにおいてみられた分子量の範囲を
表2に示す。MP:OPの好ましい範囲は2:8〜9:
1であった。
【0020】
【表2】
【0021】前記実施例2、4、6および参考例2の赤
外線スペクトル〔それぞれ、(a)、(b)、(c)お
よび(d)に対応〕を図1に示す。また、吸収波長88
0cm-1(メタフェニレンに基づく)と994cm
-1(オルトフェニレンに基づく)の吸収強度の比(I8
80/I994)とMP/OPの比との相関を図2に示
す。また、ポリオルトフェニレンとポリメタフェニレン
の各ホモポリマーを1:1の重量比で混合して得られる
サンプルのIRスペクトルを測定したところ、このIR
スペクトルにおける吸収強度の比(I880/I99
4)はMP:OP=5:5の重合によって得られた共重
合体のI880/I994とほぼ一致した。このことか
ら、MPとOPは本発明の共重合体はオルトフェニレン
基とメタフェニレン基をOPとMPの加えた量とほぼ同
じ比率で含有すると考えられる。参考例1、実施例4、
および実施例6の紫外可視吸収スペクトルを図3の
(a)、(b)および(c)として示す。更に、ポリパ
ラフェニレン(PPP)、実施例2、実施例4およびポ
リオルトフェニレン(POP)の粉末X線結晶回折パタ
ーンを図4の(a)、(b)、(c)および(d)とし
て示す。また、各種溶剤に対する溶解性を表3に示す。
【0022】
【表3】
【0023】前記参考例1(MP:OP=9:1)およ
び実施例8(MP:OP=1:9)の熱的性質を図5
〔それぞれ(a)および(b)に対応する〕にTGA曲
線として示す。ポリマーの安定性の目安となる5%重量
減少時の温度は360℃付近に見られた。熱的に安定で
あることが分かった。
【0024】前記実施例1〜6で得られた高分子化合物
の、ジオキサン溶液状態および石英板上に塗布したフイ
ルム状態での蛍光スペクトル(励起波長と発光波長との
特性)、量子効率(φPL%)を調べた、結果を表5、図
6(a)は実施例8の化合物のジオキサン溶液、(b)
は実施例2の化合物のジオキサン溶液、(c)は実施例
4の化合物のジオキサン溶液〕および図7(a)は実施
例8の化合物のフイルム、(b)は実施例2の化合物の
フイルム、(c)は実施例4の化合物のフイルム〕に示
す。オルトフェニレンの割合の増加に伴って発光スペク
トルは長波長側にシフトした。青色発光材料として有用
であることが分かった。
【0025】
【表4】
【0026】
【発明の効果】以上述べたように、本発明のポリフェニ
レン共縮合体は、溶液から成形が可能であり、充分な耐
熱性を有し、かつ青色発光蛍光材料として、期待される
作用・効果がもたらされる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 実施例2(a)、4(b)、6(c)および
参考例2(d)の赤外線スペクトル
【図2】 吸収波長880cm-1(メタフェニレン)と
994cm-1(オルトフェニレン)との比(I880/
I994)とMP/OPの比との相関
【図3】 参考例1(a)、実施例4(b)、および実
施例6(c)の紫外可視吸収スペクトル
【図4】 ポリパラフェニレン(PPP)(a)、実施
例2(b)、実施例4(c)およびポリオルトフェニレ
ン(POP)(d)の粉末X線結晶回折パターン
【図5】 参考例1(MP:OP=9:1)(a)およ
び実施例8(MP:OP=1:9)(b)のTGA曲線
【図6】 実施例8(a)、実施例2(b)、実施例4
(c)の化合物のジオキサン溶液の蛍光スペクトル
【図7】 実施例8(a)、実施例2(b)、実施例4
(c)の化合物のフイルムの蛍光スペクトル翻訳

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 実質的に非置換のメタフェニレン基と非
    置換のオルトフェニレンから成る高分子化合物であっ
    て、メタフェニレン基の割合が20〜95%の間にある
    有機溶媒に可溶な高分子化合物。
  2. 【請求項2】 メタフェニレン基の割合が50〜95%
    の間にあることを特徴とする請求項1に記載の有機溶媒
    に可溶な高分子化合物。
  3. 【請求項3】 数平均分子量が200〜100000の
    間にあることを特徴とする請求項1又は2の高分子化合
  4. 【請求項4】 数平均分子量が500〜10000の間
    にあることを特徴とする請求項3の高分子化合物。
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